CN202268115U

CN202268115U - 便携式双平台数字逻辑实验装置

Info

Publication number: CN202268115U
Application number: CN201120398713XU
Authority: CN
Inventors: 汪红; 王文涛; 田莎莎; 刘科; 丁林; 袁骁
Original assignee: South Central University for Nationalities
Current assignee: South Central Minzu University
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2021-10-19

Abstract

本实用新型涉及一种便携式双平台数字逻辑实验装置，由主实验板和FPGA子板构成，主实验板的通用实验插座上插接SSI或MSI芯片来完成基于SSI/MSI的数字逻辑电路设计；FPGA子板通过排针扣在主实验板的FPGA板扩展区的插座上，引入主板电源供电，FPGA芯片通过JTAG接口插座和USB转换器与PC机连接来完成基于FPGA的数字逻辑电路的设计，FPGA芯片通过FLASH芯片存储设计代码，FPGA芯片通过PS/2接口插座连接PS/2接口设备完成接口设计实验，FPGA芯片通过VGA接口插座连接VGA显示器，实现VGA接口实验。本装置将传统和创新有机结合，能够满足灵活性、多平台、多层次的实验需求，同时为学生创新能力和思维的培养及训练提供合适环境。

Description

便携式双平台数字逻辑实验装置

技术领域

本实用新型属于数字逻辑及EDA技术领域，涉及一种便携式双平台数字逻辑实验装置，是一种能够让学生自主设计、探索和创新的开放式实验装置。

背景技术

教学实验设备与教学内容密切相关，数字逻辑是计算机及电子信息相关专业的基础课程，具有很强的实践性，要求学生在掌握理论知识的基础上，具备较强的实际操作和动手能力。数字逻辑层是构成计算机等数字系统的基础，处于最底层，数字逻辑电路的设计方法和实现手段跟逻辑器件的发展关系密切。随着集成电路技术和工艺的快速发展，数字逻辑电路的实现由中小规模集成电路互连逐渐发展为以超大规模集成电路(如FPGA/CPLD等)为器件的方式，各高校在数字逻辑的教学方面也相应地将以中小规模集成电路设计为主的传统设计和分析方法的教学，改变为以传统方法为主，同时辅之以先进的电子设计自动化EDA技术，加强基于FPGA(现成可编程门阵列)及HDL(硬件描述语言)的数字逻辑电路设计和实现方法的教学。但是由于教学时数的限制，有关EDA的教学和实验往往不能得以贯彻，而传统的数字逻辑实验设备大多以中小规模集成电路的应用为主，充分考虑到实验电路的复杂性，在实验板上预留了许多插座并在电路板上用丝印画出了芯片的逻辑符号，使得实验设备的体积和重量都很大，必须固定在实验室的台面上，限制了学生的实验场地和实验时间。另外，有关EDA技术应用的实验在传统实验设备上也不能得到很好的体现，限制了学生的实验方法和手段，不利于学生对新技术的学习和创新能力的发挥。

近年来，越来越多的高校在数字逻辑的教学方面引入EDA的思想，利用FPGA和HDL进行数字逻辑电路的设计和验证，在实验设备方面也引入了基于FPGA的实验平台，但是这些平台只能单纯的采用EDA技术进行逻辑设计，完全摒弃了传统的逻辑设计方法，没有体现逻辑设计技术的演进和发展，不利于课程基础理论的建立。

同时，在完成既定的教学计划的基础上，各高校加大创新人才的培养力度，鼓励创新性实验，对学生实验效果提出了更高要求。传统实验设备体积大、数量少，学生使用受到时间、空间、数量限制，没有办法灵活完成实验项目，不利于创新人才的培养和训练。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：针对目前各高校采用的数字逻辑及EDA实验设备体重大、数量少，功能单一、实验手段单一，不利于学生创新能力培养等不足，提供一种便携式双平台数字逻辑实验装置，不仅支持教师课堂进行实验教学演示，而且支持学生灵活选择实验场地、实验内容及实验手段，同时满足移动性、创新性实验要求，开拓学生的创造思维，锻炼学生的实际动手能力。

本实用新型所采用的技术方案是：便携式双平台数字逻辑实验装置，由主实验板和FPGA子板构成，其特征在于：主实验板包括插线铜孔、通用实验插座、FPGA板扩展区的插座、自由扩展插座、电源及开关模块、信号源模块、逻辑电平开关组模块、显示模块、逻辑笔模块、时钟模块和蜂鸣器模块；信号源模块、逻辑电平开关组模块、显示模块、逻辑笔模块、时钟模块和蜂鸣器模块中的关键信号通过各模块中的铜孔一一引出，通用实验插座、FPGA板扩展区的插座分别与插线铜孔相连，通用实验插座与FPGA板扩展区的插座共用插线铜孔，两者不同时使用；自由扩展插座与其周围的铜孔相连，引出所有自由扩展插座的信号；信号源模块、逻辑电平开关组模块、显示模块、逻辑笔模块、时钟模块和蜂鸣器模块的电源信号分别与主实验板上的电源形成回路；FPGA子板由FPGA芯片、FLASH芯片、PS/2接口插座、VGA接口插座、JTAG接口插针、子板插针组成，FPGA芯片分别与FLASH芯片、PS/2接口插座、VGA接口插座、子板插针、JTAG接口插针连接成回路，通用实验插座上插接SSI或MSI芯片来完成基于SSI/MSI的数字逻辑电路设计；FPGA芯片通过FLASH芯片存储设计代码，FPGA芯片通过PS/2接口插座连接PS/2接口设备完成接口设计实验，FPGA芯片通过VGA接口插座连接VGA显示器，实现VGA接口实验，FPGA子板通过FPGA子板插针与主板铜孔及电源形成回路。

显示模块包括有LCD模块、LED数码管模块和LED发光二级管模块。

所述信号源为单次脉冲信号源、可调连续脉冲信号源或固定连续脉冲信号源。

本实用新型的特点有：

体积小、重量轻，方便携带(大约与16开本的书籍同样大小)，既方便教师随课堂进行实验演示教学，也方便学生灵活选择实验地点，不受实验时间和空间的制约，更加适合学生的创新实践；

实验结构简洁、成本较低，满足学生人手一套的要求，有利于学生灵活自由地完成实验项目；

实验的外围电路丰富。信号源模块提供了单次脉冲和连续脉冲，其中连续脉冲又有可调连续脉冲(100Hz-100KHz，分两档，可由开关切换)、固定连续脉冲(1MHz/100KHz/10KHz/1KHz/100Hz/10Hz/1Hz等)两种选择。显示模块包括电平显示灯、七段数码管和LCD液晶显示等多种方式供选择。主实验板提供的通用实验区可以供学生采用硬连线的传统手段完成基于中小规模集成电路的逻辑设计和实现，满足基本实验教学计划的要求；

实验主实验板上插接FPGA子板即可采用EDA技术实现基于FPGA的逻辑电路的设计和实现。这种方法只需连接少量外围插线，在PC机上运行EDA软件，采用HDL或者原理图进行电路的设计输入，通过综合、仿真、下载验证等过程实现逻辑电路的设计。学生通过修改程序进行电路的修改，通过修改配置文件进行FPGA的重新配置，在一片FPGA上可以实现多种逻辑电路的功能，极大地发挥了学生的自主设计和创新思维；

该实验装置不仅为学生提供了数字逻辑课程学习的实验环境，也为后继课程的学习打下了基础，比如利用FPGA设计运算器、CPU等计算机的功能部件以辅助学习“计算机组成原理”、“单片机原理”及“嵌入式设计”等相关课程；

本实用新型不仅满足基本的课程实验及创新实验要求，更重要的是它可以作为学生进一步完成数字系统设计课程设计、计算机组成课程设计及毕业设计的实验平台。

本实用新型具有便携特性，支持传统实验方法和EDA设计方法两种实验平台，将传统手段和现代技术有机结合，满足基本实验及创新实验的不同要求。

附图说明

图1是本实用新型整体结构框图。

图2是本实用新型的FPGA子板结构框图。

具体实施方式

结合附图对本实用新型作进一步的描述。

如图1、图2所示，本实用新型便携式双平台数字逻辑实验装置，便携式双平台数字逻辑实验装置，由主实验板和FPGA子板构成，其特征在于：主实验板包括插线铜孔、通用实验插座、FPGA板扩展区的插座、自由扩展插座、电源及开关模块、信号源模块、逻辑电平开关组模块、显示模块、逻辑笔模块、时钟模块和蜂鸣器模块；信号源模块、逻辑电平开关组模块、显示模块、逻辑笔模块、时钟模块和蜂鸣器模块中的关键信号通过各模块中的铜孔一一引出，通用实验插座、FPGA板扩展区的插座分别与插线铜孔相连，两者不同时使用；通用实验插座与FPGA板扩展区的插座共用插线铜孔，自由扩展插座与其周围的铜孔相连，引出所有自由扩展插座的信号；信号源模块、逻辑电平开关组模块、显示模块、逻辑笔模块、时钟模块和蜂鸣器模块的电源信号分别与主实验板上的电源形成回路；FPGA子板由FPGA芯片、FLASH芯片、PS/2接口插座、VGA接口插座、JTAG接口插针、子板插针组成，FPGA芯片分别与FLASH芯片、PS/2接口插座、VGA接口插座、子板插针、JTAG接口插针连接成回路，通用实验插座上插接SSI或MSI芯片来完成基于SSI/MSI的数字逻辑电路设计；FPGA芯片通过FLASH芯片存储设计代码，FPGA芯片通过PS/2接口插座连接PS/2接口设备完成接口设计实验，FPGA芯片通过VGA接口插座连接VGA显示器，实现VGA接口实验，FPGA子板通过FPGA子板插针与主板铜孔及电源形成回路。所述的显示模块包括有LCD模块、LED数码管模块、LED发光二级管模块。所述信号源为单次脉冲信号源、可调连续脉冲信号源或固定连续脉冲信号源。

本实用新型的主实验板中心区域排列了两组45孔三列通用实验插座，可以插接14、16、20、22、24等多种不同引脚的SSI/MSI芯片，完成基本的基于SSI/MSI的数字逻辑电路设计。

如图2所示，FPGA子板由FPGA芯片、FLASH芯片、PS/2接口插座、VGA接口插座、JTAG接口插针、子板插针组成，FPGA子板通过两排45芯插针与主实验板的FPGA板扩展区的两排45芯插孔相连，组成FPGA实验平台，实验时，从主板引入电源给FPGA子板供电，通过JTAG接口插座连接USB转换器与PC机连接，采用EDA软件进行数字电路设计输入、综合、仿真，并通过JTAG接口插座下载至FPGA芯片进行设计验证。

Claims

1.便携式双平台数字逻辑实验装置，由主实验板和FPGA子板构成，其特征在于：主实验板包括插线铜孔、通用实验插座、FPGA板扩展区的插座、自由扩展插座、电源及开关模块、信号源模块、逻辑电平开关组模块、显示模块、逻辑笔模块、时钟模块和蜂鸣器模块；信号源模块、逻辑电平开关组模块、显示模块、逻辑笔模块、时钟模块和蜂鸣器模块中的关键信号通过各模块中的铜孔一一引出，通用实验插座、FPGA板扩展区的插座分别与插线铜孔相连，通用实验插座与FPGA板扩展区的插座共用插线铜孔，自由扩展插座与其周围的铜孔相连，引出所有自由扩展插座的信号；信号源模块、逻辑电平开关组模块、显示模块、逻辑笔模块、时钟模块和蜂鸣器模块的电源信号分别与主实验板上的电源形成回路；FPGA子板由FPGA芯片、FLASH芯片、PS/2接口插座、VGA接口插座、JTAG接口插针、子板插针组成，FPGA芯片分别与FLASH芯片、PS/2接口插座、VGA接口插座、子板插针、JTAG接口插针连接成回路，通用实验插座上插接SSI或MSI芯片来完成基于SSI/MSI的数字逻辑电路设计；FPGA芯片通过FLASH芯片存储设计代码，FPGA芯片通过PS/2接口插座连接PS/2接口设备完成接口设计实验，FPGA芯片通过VGA接口插座连接VGA显示器，实现VGA接口实验，FPGA子板通过FPGA子板插针与主板铜孔及电源形成回路。

2.根据权利要求1所述的便携式双平台数字逻辑实验装置，其特征在于：所述的显示模块包括有LCD模块、LED数码管模块和LED发光二级管模块。

3.根据权利要求1所述的便携式双平台数字逻辑实验装置，其特征在于：所述信号源为单次脉冲信号源、可调连续脉冲信号源或固定连续脉冲信号源。